ческие погрешности, например от наклона прибора, вызнанные изменением условий теплоомена с окружающей средой. Сведения об использовании воздушных преобразователей изложены н работах 171. 77, 84].

§ 2. Одноэлементные

вакуумные термопреобразователи

1. Области применения

Используются для измерения малых значений переменного тока, напряжения и мощности н расширенном интернале частот: применяются н вычислительной технике и в цепях гальванической развязки. Для понышения чувствительности, уменьшения потребляемой преобразователем мощности, снижения влияния перегрева токоподводов и изменения температуры окружающей среды использованы конструкции, позволяющие свести к минимуму потери тепла нагревателем. Одним из эффективных способов снижения этих потерь является вакуумирование нагревателя и термопары. Для этой цели они монтируются в стеклянном баллоне, где создан вакуум 10 *- 10~в мм рт. ст.

2. Распределение температуры в преобразователе

Рассчитывается при различных допущениях. Простейшее распределение температуры находится, если пренебречь теплообменом (при вакуумировании) нагревателя с окружающей средой и потерями тепла на излучение при не очень больших перепадах температуры (100-150° С) [42]. В этом случае решение совпадает с полученным для коротких воздушных нагревателей (XII.8, ХП.9). Однако из-за малой мощности нагренателя становится существенным отвод тепла ветвями термопары, приводящий к снижению максимальной температуры нагревателя. Более точно ее значение дается выражением [49, 69]

J Ppiind) Vх/(а d) th / УаПЩ

(ХП.13)1

5] M/4 Yv.ad cth 21 Vо-ЦуО)

где по - число нитей, сходящихся к спаю. Предполагается, что длина ветней термопары /, теплопроводность и сечение ветвей термопары равны теплопронодности и сечению нагревателя.

В слаботочных вакуумных преобразователях станонятся существенными влияния эффекта Томсона в нагревателе и эффекта Пельтье в спаях нагревателя с токоподводами. Симметрия распределения температуры в нагревателе при этом (рис. XII.21) пару-, шается. Эффект Пельтье в принятых на рис. XII.21 допущениях не может привести к изменению температуры нагренателя, поскольку концы его находятся в изотермических условиях. Однако н реальных конструкциях токоподводы не обеспечинают строгую изотер-

мичность, поэтому эффект Пельтье может привести к перераспределению температуры в нагревателе (рис. XII.25). Действие эффекта Томсона приводит к дополнительной генерации тепла в одной половине нагревателя и его поглощениюв другой (рис. XII.26) По этой причине при протекании постоянного тока термопара может разогреться до температуры, отличной от температуры при протекании такого же дейстнующего значения переменного тока, где эффект Томсона несуществен. Таким образом, для нахождения распределения температуры в отличие от

-qj-ДГ

Рис. XII.25. Схема, поясняющая ноз-можность влияния эффекта Пельтье на распределение температуры в нагревателе.

(XII.5) необходимо учесть эффект Томсона и отнод тепла термопарой; эффект Пельтье может быть учтен в граничных температурных условиях для нагревателя. Для расчета используется модель, приведенная на рис. XI 1.27. Нагреватель разделен местом контакта с термопарой на две части. Для каждой из частей уран-

Рис. XII.26. Распределение температуры в нагревателе с уче-TOivi эффекта Томсона при изменении направления тока:

t--2 - -/; 5 - зависимость иа переменном токе.

Рис. ХП.27. Модель для расчета распределения температуры в вакуумном одноэлементном термопреобразонателе: Л 2 - части нагревателя; 5 - термопара.

нение теплового баланса в стационарных условиях имеет вид [125]

- =0. (XIU4)

iZj* нагренателя. Граничными условиями для уравнения (XII. 14) являются температуры концов вагревателя Т, и Г, и температура спая Т. Из частей вагревателя в термопару пере-

текают тепловые Q1 + Q2

Тс потоки

ldT\ , /dT\ 1

создающие и термопаре перепад температуры (Т- Го). В (XII.15) Hj, - коэффициент теплопронодности, площадь поперечного

сечения и длина термопары; излучением термопары преиебрегается. Из двух ураннений (XII.14) и (XII.15) методом последовательных приближений находится распределение температуры в преобразователе (рис. XII.28).

Рис. XI 1.28. Распределение температуры н вакуумном термопреобразователе (асимметрия вызвана эффектами Томсона и Пельтье). - температура холодных концов термопары, равная температуре окружающей среды; Ti, Га-- температуры контактов нагревателя с токоподводами (отличие от Тд вызвано действием эффекта Пельтье); - температура спая термопары.

Приближенно температура Т определяется из выражени.

\ 2SX XlsKj STt

sv,

T - T

12sk2 Tt/

liT-T,).

(XII.16)

Если термопара расположена в центре нагревателя (/j = = [)

Тг+Т(, , £>\

1 + 75-

В- = -

\2А \2А

(X1I.17)

Расчет распределения температуры и значения температуры в области контакта нагревателя с термопарой является исходным при конструиронании, определении параметрон н расчете погрешностей термопреобразонателей.

3. Конструкция и основные параметры Преобразователей типа ТВБ

Типичная конструкция приведена на рис. XII.29, внешний вид - на рис. XII.30. Преобразователь состоит из вакуумного баллона с четырьмя металлическими переходами, на которых вмонтированы

концы нагревателей и термопары [84, 121]. В контактных преобразователях спай термопары и середины нагревателя сварены, в бесконтактных соединение осуществляется бусинкой из вакуум-цемента диаметром 40-400 мкм. Диаметр ветней термопары 10-60 мкм;

Рис. XII.29. Схемы вакуумных термопреобразователей:

а - типа ТВБ; б - некоторых зарубежных высокочастотных; / - вакуумный стеклянный баллои; 2 - нагреватель; 3 - вакуумный переход; 4 - термопара.

Рис. XII.30. Внешний вид термопреобразонателей: а - типа ТББ; б, - некоторых зарубежных высокочастотных.

для изготовления нагревателей часто используют микропровод в стеклянной изоляции. Основные эксплуатационные параметры преобразователей сведены в табл. XII.2. Преобразователи типа ТВ - контактные, ТВБ-бесконтактные. Параметры вакуумных термопреобразователей некоторых зарубежных фирм приведены в таблице ХП.З.

Технические параметры отечественных вакуумных термопреобраэова-

телей типа ТВБ [24, 71, 84]

Таблица XII.2

3,8 3.5

а а.

0,7 0,7 0,7 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Бористый чу гун То же Нихром

4; о

s о.

cs Ш

о о. X

s

a S >. >.

P3 О

я

Таблица ХП.З

Технические параметры вакуумных термопреобразователе й некоторых зарубежных фирм [84]

4. Чувствительность .

Характеризует крутизну вольт-амперной характеристики преобразователя

; дЕ

в приближениях формулы (XII. 1)

s = p

(ХП.18)

(XI1.19)

т. е. чувствительность зависит от тока через преобразователь и коэффициента преобразования К- Выражение для коэффициента преобразования [42, 71, 78] упрощенно может быть записано в виде

(ХП.20)

где а - термоЭДС термопары, F* - коэффициент, равный отношению приращения температуры горячего спая к приращению мощности нагревателя:

f*= 1/sa, (XII.21)